Układy Napędowe II

Laboratorium

Badanie eksperymentalne napędu hybrydowego podwozia na gąsienicach elastomerowych

Kierunek studiów: MBM

Grupa: Środa TP. 17:05 „d”

Data ćwiczenia: 30.05.2014

Prowadzący: dr inż. Robert Czabanowski

Wojciech Pawlak

1. Napęd hybrydowy

Napęd hybrydowy to napęd wykorzystujący min. dwa źródła energii, by napędzić jedno urządzenie. Najczęściej stosuje się połączenie silnika spalinowego i elektrycznego. Popularnym przykładem takiego pojazdu jest np. Toyota Prius. Napędy hybrydowe dzielą się na trzy podstawowe grupy:

• Szeregowe - silnik spalinowy pracuje cały czas, a cała energia wytworzona przez niego jest przetwarzana w generatorze na energię elektryczną do napędu silnika elektrycznego. Ewentualne nadwyżki przekazywane są do akumulatora.

• Równoległe - część energii wytworzonej przez silnik spalinowy napędza pojazd, a część ładuje akumulator. W tym układzie obydwa silniki mogą napędzać pojazd, w przypadku, gdy potrzebna jest duża moc.

• Szeregowo-równoległe - przykład napędu stosowanego w wyżej wymienionym samochodzie. Obydwa silniki używane są w zależności od warunków jazdy. Przy potrzebie dużej mocy, obydwa silniki napędzają pojazd, zaś przy poruszaniu się ze stałą prędkością nadmiar mocy kierowany jest do akumulatora, a pojazd napędzany jest przez silnik spalinowy.

Zalety napędów hybrydowych:

• mniejsze zużycie paliwa,

• mniejsza emisja spalin,

• mniejszy hałas,

Wady:

• wysoka cena,

• duża masa akumulatorów,

• skomplikowana konstrukcja,

• stosunkowo krótka żywotność akumulatorów - w stosunku do pojazdów z napędem np. na silnik spalinowy, tam po prostu nie ma konieczności wymiany całego pakietu akumulatorów.

Przykładem napędu hybrydowego jest także układ przenoszący moc - mechaniczno-hydrauliczny. W układzie takim moc jest przenoszona za pomocą układów mechanicznych oraz hydraulicznych.

1. Napęd gąsienicowy

Napędem gąsienicowym nazywamy mechanizm mający za zadanie ułatwić poruszanie się w trudnym terenie typu śnieg, piasek czy też błoto. Jednym z głównych podziałów gąsienic jest ich podział ze względu na materiał:

• Metalowe - są najczęściej stosowane w ciągnikach gąsienicowych, mają jedną zasadniczą wadę - niszczą drogi utwardzone.

• Metalowo-gumowe - stosowane w celu eliminacji bezpośredniej pracy elementów metalowych. Dzięki temu gąsienica pracuje ciszej, lepiej tłumi drgania i uderzenia, posiada wyższą sprawność oraz trwałość.

• Elastomerowe - w rzeczywistości kompozyt plecionki stalowej bądź też różnego rodzaju tkanin w osnowie gumy.

Napęd gąsienicowy składa się z:

1 - koło napędzające,

2 - gąsienica,

3 - rolki podtrzymujące,

4 - koło kierunkowe,

5 - koła nośne,

6 - koło napinające.

Napędzanie konstrukcji gąsienicowej pochłania zdecydowanie więcej energii, niż napędzanie konstrukcji kołowych. Są też znacznie wolniejsze. Głównym powodem stosowania tego rodzaju napędu jest potrzeba pokonywania kilometrów w trudnym terenie, np. pustynnym. Przyczyną możliwości poruszania się pojazdem gąsienicowym po trudnym terenie jest rozmieszczenie całego ciężaru na szerokich i długich gąsienicach. Dobrze obrazującym to przykładem jest czołg Abrams M1A2 ważący 72 tony i wywołujący nacisk powierzchniowy porównywalny do tego, jaki tworzy człowiek stojący na jednej nodze.

Jednym z najważniejszych problemów, z którymi borykają się konstruktorzy jest sposób przeniesienia momentu z koła napędzającego na gąsienice. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje rozwiązań konstrukcyjnych:

• Sprzężenie cierne - moment przenoszony jest poprzez siły tarcia. Umożliwia jazdę z dużymi prędkościami w dobrych warunkach jezdnych i na twardym gruncie. Możliwe tylko w przypadku użycia gąsienicy elastomerowej. Przy dużych prędkościach oraz w trudnych warunkach (błoto i sypki piasek) powoduje poślizg i straty mocy.

• Sprzężenie kształtowe - używane głównie w gąsienicach metalowych. Rozwiązuje problem poślizgu - utrzymuje gąsienicę w ustalonej płaszczyźnie. Jednakże powoduje o wiele większy hałas i cykliczne naprężenia w elementach przenoszących siłę. Drastycznie zmniejsza to trwałość.

• Sprzężenie cierno-kształtowe - sprzężenie hybrydowe. Łączy w sobie cechy sprzężenia ciernego i kształtowego. Głównym przekaźnikiem momentu są siły tarcia, zaś w trudnych warunkach lub dużych prędkościach włączają się elementy sprzężenia ciernego. Wadami tego typu sprzężenia jest koszt, bardziej skomplikowana budowa oraz konieczność stosowania czujników poślizgu.

Podsumowując i zarazem porównując napęd gąsienicowy do kołowego, zaletami tego pierwszego są:

• większa powierzchnia styku z podłożem,

• w konsekwencji lepszy rozkład masy,

• lepsze wykorzystanie mocy w trudnych warunkach jezdnych.

Wady:

• mniejsza prędkość,

• większa masa układu jezdnego,

• większe zużycie materiału,

• większy hałas.